▲ 교차 정렬된 은 나노와이어를 적용한 터치스크린 소자의 구조와 성능.

국내 연구진이 은(Ag) 나노와이어의 상용화를 앞당길 기술을 개발했다. 산업에 쓰이는 코팅공정을 적용했는데 이로 인해 압력 강도까지 감지하는 3D 터치스크린이 가능해졌다.

UNIST(총장 정무영)는 고현협 에너지 및 화학공학부교수팀과 미국 듀크대의 스테픈 크래익(Stephene L. Craig) 교수팀이 공동으로 대면적으로 교차 정렬된 은 나노와이어 투명전극으로 이뤄진 ‘플렉시블 역학변색형 압력감지 터치스크린’을 개발했다고 18일 밝혔다.

개발된 터치스크린은 누르는 힘의 위치뿐 아니라 강도까지 감지할 수 있는 3차원 압력 센서를 기반으로 한다. 특히 사용자가 누르는 강도와 필기 패턴까지 인식해 색깔 진하기로 나타낼 수 있는 기술로 주목받고 있다.

플렉시블 역학변색형 압력감지 터치스크린은 대면적으로 교차 정렬된 은 나노와이어기반의 투명전극과 힘을 받으면 색깔이 변하는 역학변색형 고분자를 결합한 구조다.

은 나노와이어는 단면 지름이 나노미터(㎚) 단위인 아주 작은 선으로 유연하면서 전도성이 뛰어나 투명전극의 재료로 각광받고 있지만 제어하기가 까다로워 대면적으로 균일한 필름을 만들기는 어려웠다.

이에 고현협 교수팀은 산업계 인쇄 공정에서 널리 이용되는 ‘바 코팅 방법’으로 은 나노와이어를 규칙적으로 교차 정렬시키는 기술을 개발했다. 이 기술로 만든 가로세로 각 20cm인 대면적 은 나노와이어 기반 투명전극은 전기가 잘 통하고 투명하며, 매끄러운 표면을 가진다.

이번 연구를 주도한 조승세 UNIST 에너지 및 화학공학부 석박사통합과정 연구원은 “기존 기술은 나노와이어 투명전극 제조법은 무질서하고 불균일한 필름을 만드는 데 그쳤고 대면적화도 어려웠다”며 “이번 기술은 상용화된 바 코팅 기술을 응용해 대면적 은 나노와이어 필름을 쉽고 빠르게 제조할 수 있다”고 설명했다.

역학변색형 고분자는 사용자가 누르는 힘을 감지해 색깔 진하기로 구분할 수 있다. 이를 터치스크린에 적용하면 기존 저항막 방식의 터치스크린이 위치만 표시하는 한계를 뛰어넘을 수 있다. 사용자가 터치스크린을 누르는 강도에 따라 변하는 색깔 진하기를 정밀하게 분석하면, 누른 위치와 강도를 동시에 인식할 수 있기 때문이다.

공동 제1저자인 강세원 UNIST 에너지 및 화학공학부 박사과정 연구원은 “사람이 터치스크린에 글씨를 쓸 때 누르는 접촉강도를 정밀하게 인식해 사람마다 다른 필기 패턴을 분석할 수 있다”며 “3차원 압력 감지를 통해 새로운 개념의 기계-사람 간 인터페이스 구현이 가능할 것”이라고 기대했다.